초미세먼지·미세플라스틱… 출연연 '국민 생활안전' 밀접 기술 개발 잇달아

한국에너지기술연구원 '세계 최고 수준 초미세먼지 저감기술'
한국기계연구원 '게 껍질 키토산 활용 친환경 나노코팅' 성과

한국기계연구원 교신저자인 임현의 박사와 1저자인 박승철 박사가 실험 결과물을 살펴보고 있다. 기계연 제공

한국에너지기술연구원이 개발한 정전분무 사이클론 실험장치. 에너지연 제공

정부 출연연구원이 국민 생활안전과 밀접한 연구 성과를 잇달아 창출하고 있다. 초미세먼지와 미세플라스틱처럼 생활 속 건강과 직결된 기술 개발에 성공하면서 국민의 일상생활에 변화를 가져올 것으로 기대된다.

한국에너지기술연구원(이하 에너지연)은 국내 발전·산업 분야서 배출되는 초미세먼지(PM2.5)와 극초미세먼지(PM1.0)를 세계 최고 수준으로 저감할 수 있는 '하이브리드 정전 분무 습식 전기집진기' 개발에 성공해 실증을 완료했다.

전기집진기는 화력발전소 배출 가스에 포함된 1.0 마이크로 이하의 먼지를 90% 이상 제거할 수 있다. 연구진은 기존 전기집진기로 제거할 수 없었던 초미세먼지와 탈황 공정 중 생성되는 초미세 석고 입자의 배출을 함께 줄이기 위해 습식 전기집진기에 정전 분무 기술을 도입했다. 정전 분무란 분무 시 노즐을 통과하는 액체에 양(+)·음(-)의 고전압을 공급함으로써 액체 속의 이온이 표면으로 이동하며 수십 마이크로미터 크기의 미세한 액적(물 덩어리)으로 변화되는 기술이다.



이 기술을 대부분 산업 분야에서 널리 사용되는 사이클론 집진기에 적용하면 집진기 내부에 수 킬로볼트(kV)의 높은 전하량을 띄는 미세 물 액적을 분사시켜 10마이크로미터 이상의 미세먼지는 원심력과 중력 침강에 의해, 그 이하의 초미세먼지는 정전기적 인력과 이온 응집에 의해 집진할 수 있다.

기술 개발 이후 연구진은 4개월가량 한국중부발전 보령발전본부 1발전소에서 실증 연구를 진행했으며 연소 이후 배출되는 초미세먼지와 탈황 공정에서 추가로 생성되는 초미세 석고 입자를 세계 최고 수준(PM2.5 97%·PM1.0 95%)으로 저감하는 등 우수한 성능을 입증했다.

게 껍데기를 이용한 친환경 나노공정과 일반적인 고분자 나노입자를 사용하는 공정의 비교. 기계연 제공

한국기계연구원(이하 기계연)은 게 껍데기 성분인 키토산으로 자가세정 반사방지 유리 제작해 분해성 소재로 환경위험을 줄이는 나노공정 길을 열었다. 생분해성 소재를 나노공정에 사용한 첫 사례로 최근 독성 문제가 불거지고 있는 미세플라스틱 폐기물 나노입자를 발생시키지 않고 안전하게 활용할 수 있게 됐다.

이번에 개발된 공정은 친환경 소재를 이용해 기존의 나노공정에서 발생하던 미세플라스틱 폐기물이 없다는 것이 가장 큰 장점이다. 환경문제에 대한 관심이 커지면서 기존의 가공 공정을 친환경 공정으로 개선하기 위한 다양한 연구가 펼쳐지고 있지만 생분해성 소재의 경우 물성이 취약해 가공 공정에 활용하기 어려웠다. 연구팀은 기존의 나노입자 코팅에 주로 사용되는 폴리스틸렌 대신 생분해성 소재인 키토산 성분을 나노가공 공정에 사용할 수 있도록 나노입자로 만들고 표면처리해 물성을 강화했다.

임현의 나노자연모사연구실장은 "이번 연구성과는 나노플라스틱입자의 사용을 줄이기 위하여 세계 최초의 친환경 나노공정의 가능성을 제시한 데 의의가 있다"며 "향후 고분자 나노입자를 필요로 하는 다양한 공정에 활용될 것으로 기대된다"고 말했다. 임효인 기자